Numerical simulation of railway track supporting system using finite-infinite and thin layer elements under impulsive loads

Abstract

The present study deals with two dimensional, numerical simulation of railway track supporting system subjected to dynamic excitation force. Under plane strain condition, the coupled finite-infinite elements to represent the near and far field stress distribution and thin layer interface element was employed to model the interfacial behavior between sleepers and ballast. To account for the relative debonding, slipping and crushing that could take place in the contact area between the sleepers and ballast, modified Mohr-Coulomb criterion was adopted. Furthermore an attempt has been made to consider the elasto-plastic material non-linearity of the railway track supporting media by employing different constitutive models to represent steel, concrete and supporting materials. Based on the proposed physical and constitutive modeling a code has been developed for dynamic loads. The applicability of the developed F.E code has been demonstrated by analyzing a real railway supporting structure.

Geležinkelio bėgių sistemos skaitmeninis modeliavimas naudojant baigtinius begalinius ir plonasienius elementus, veikiamus dinaminėmis apkrovomis

Santrauka. Šiame straipsnyje nagrinėjama geležinkelio bėgių dvimatė sistema, veikiama dinaminės žadinančios jėgos. Pagal plokštuminę deformacijų sąlygą suporuoti baigtiniai begaliniai elementai aprašo artimą ir tolimą įtempių pasiskirstymo sritis, o plonasienis sąsajos elementas yra įvestas sąveikai tarp pabėgių ir balasto aprašyti. Yra naudojamas modifikuotas Mohr-Coulombo kriterijus, kuris įvertina atplėšimo, nuslydimo ar išspaudimo galimybes kontaktiniame pabėgių ir balasto paviršiuje. Taip pat yra pabandyta įvertinti tampriai plastinės medžiagos netiesiškumą, sudarant skirtingus sudėtinius sistemos modelius (pavyzdžiui, iš plieno, betono, atramų medžiagų). Remiantis pasiūlytu fiziniu ir sudėtiniu modeliavimu sudarytas skaičiavimo algoritmas dinaminėms apkrovoms įvertinti. Sudaryto baigtinių elementų algoritmo pritaikymas yra pademonstruotas išnagrinėjus realią geležinkelio bėgių sistemą.

Reikšminiai žodžiai: tampriai plastinė medžiaga, dinaminė apkrova, baigtiniai begaliniai elementai, sąsajos elementų modeliavimas, geležinkelio bėgiai, bėgių kelio atramos.

Keyword : elasto-plastic, dynamic loading, finite-infinite elements, interface elements modeling, railway, track supporting media